工字形组合钢梁截面优化设计

通过查阅相关资料,对变截面优化设计的方法进行了简单介绍,推导出了双轴对称工字形组合钢梁截面在集中荷载作用下优化设计的相关公式以及梁的变截面位置,便于工程设计应用,为变截面设计提供了理论依据。     

钢梁截面设计方法的几点建议

针对不同类型截面,提出基于强度控制的钢梁截面设计的相关方法,重点介绍双轴对称焊接工形截面利用腹板屈曲后强度进行设计的经验公式法。为对其进行理论补充,提出最佳弯剪通用高厚比λ_(bs)的概念。算例表明,通过该法初选得到的截面一次即可通过验算,且一般能够得到用钢量较少的优良截面。     

基于遗传算法的钢-竹组合工字形梁截面优化设计

以钢-竹组合构件的计算理论与设计方法为研究背景,结合结构优化设计的相关理论对钢-竹组合工字形截面梁进行优化设计。此次优化有成本最小化和抗弯刚度最大化两个目标,采用加权系数法将两个目标转化为单一优化目标,并加以承载力和构造要求的约束条件,最终建立钢-竹组合工字形截面梁多目标优化设计的数学模型。利用遗传算法搜索得到设计参数的最优解,对组合梁的含钢率、翼缘宽厚比和腹板高厚比随加权系数变化的规律及其取值进行分析研究。优化结果表明：采用遗传算法进行优化后的钢-竹组合工字形截面梁的截面参数取值合理,其中组合梁的含钢率范围在9%~20%之间;翼缘宽厚比取5左右为宜;腹板高厚比的取值不小于10且不大于40,同时高厚比随着组合梁跨度的增加逐渐减小,其中跨度较小时取30左右,跨度较大时约取15。优化设计实例表明了所采用的优化思路和优化方法对钢-竹组合工字形梁截面的优化是有效可行的。     

基于遗传算法的钢-竹组合工字形梁截面优化设计

以钢-竹组合构件的计算理论与设计方法为研究背景,结合结构优化设计的相关理论对钢-竹组合工字形截面梁进行优化设计。此次优化有成本最小化和抗弯刚度最大化两个目标,采用加权系数法将两个目标转化为单一优化目标,并加以承载力和构造要求的约束条件,最终建立钢-竹组合工字形截面梁多目标优化设计的数学模型。利用遗传算法搜索得到设计参数的最优解,对组合梁的含钢率、翼缘宽厚比和腹板高厚比随加权系数变化的规律及其取值进行分析研究。优化结果表明:采用遗传算法进行优化后的钢-竹组合工字形截面梁的截面参数取值合理,其中组合梁的含钢率范围在9%～20%之间;翼缘宽厚比取5左右为宜;腹板高厚比的取值不小于10且不大于40,同时高厚比随着组合梁跨度的增加逐渐减小,其中跨度较小时取30左右,跨度较大时约取15。优化设计实例表明了所采用的优化思路和优化方法对钢-竹组合工字形梁截面的优化是有效可行的。     

MATLAB优化工具箱在钢结构截面优化中的应用

利用MATLAB优化工具箱对钢结构截面进行优化 ,具有结果可靠、方便快捷等优点。通过对单、双轴对称组合工字形梁截面的优化结果的分析 ,提出了在不同情况下 ,该两种组合工字形梁各自的适用条件。     

对工字形截面钢梁约束扭转时的应力分析

工程设计中,一般仅对钢梁构件的强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性做设计验算,而很少涉及钢梁截面扭转应力的分析。按照现行的结构设计理念,对结构构件的安全性要求进一步提高,有必要对钢梁截面在扭矩作用下的应力作出分析。文章以双轴对称工字形截面钢梁一端自由、一端固定为例,对其在约束扭转时应力进行分析。     

变翼缘宽度钢梁的优化设计

现有的变翼缘宽度钢梁的设计方法只适用于梁受均布荷载的情况。为找到最优的变截面位置,推导了变翼缘宽度钢梁截面优化设计的步骤及通用公式,编写了相应的钢梁截面优化计算机程序。算例表明,变翼缘宽度钢梁的最优截面变更位置是在离梁支座约l/6~l/4的地方,用文中程序设计的钢梁可比手算法节省钢材10%左右。     

轴心受压焊接工字形柱截面合理选择

按照选择的整体稳定系数φ或长细比λ，在满足2个主轴整体稳定和截面局部稳定的条件下，借助于截面回转半径近似值及翼缘、腹板的经济面积比例，分析出轴心受压双轴对称焊接工字形柱截面宽度和高度的关系式，以及翼缘、腹板尺寸的计算公式，供设计时参考。     

基于ANSYS技术的双轴对称工字型截面梁优化设计

双轴对称工形截面钢梁在土木工程中有着广泛的应用,对这种受弯构件的设计目前采用的是试算法,在进行结构设计时,往往需要进行大量的计算工作。根据优化设计原理给出梁优化设计的数学模型,利用通用有限元计算软件ANSYS对某平台梁进行优化实例分析,得出优化结果,并根据优化结果提出构件设计的建议。     

Experimental study on residual stresses in welded monosymmetric I-section

为了研究单轴对称焊接工字形截面残余应力分布规律,采用盲孔法对15个单轴对称工字形截面试件进行了试验研究,得到了不同试件全截面纵向残余应力分布,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、翼缘宽度、施焊顺序等对残余应力的影响。试验结果表明：残余压应力数值与截面尺寸直接相关,残余拉应力数值受截面尺寸影响较小;腹板中靠近宽翼缘一侧的残余压应力峰值大于靠近窄翼缘一侧的压应力峰值;翼缘宽度增大时,分布于所在翼缘和腹板的残余压应力减小;施焊顺序对翼缘上的残余应力及腹板上的残余拉应力峰值有一定影响,而腹板上的残余压应力没有明显变化。基于试验结果,提出了适用于单轴对称焊接工字形截面的残余应力分布模型,该模型能够较准确反映各种因素的影响。     

双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁受弯性能研究

对6个单肢冷弯薄壁型钢C形截面梁和18个双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁进行了受弯性能试验研究 ,考察梁跨高比、翼缘宽厚比、截面高宽比、螺钉连接间距以及腹板开孔对双肢拼合工字形截面梁破坏模式和极 限受弯承载力的影响,验证双肢拼合截面梁受弯承载力具有“1×2≥2”的拼合效应,并采用ANSYS有限元软件进 行数值模拟与影响因素分析。结果表明：试件的破坏模式为翼缘及腹板局部屈曲和畸变屈曲的相关屈曲形式。改 变翼缘宽厚比和截面高宽比对双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁的承载力影响最大,而改变螺钉连接间距 （300~600mm范围内）和梁跨高比对工字形梁的承载力影响较小。在实际工程设计中,建议腹板开孔采用圆形孔 洞形式,腹板开孔截面积比例取为35%~50%之间,同时腹板开孔间距应不小于400mm。在双肢拼合工字梁受弯承载 力折减强度法的基础上,提出了适用于腹板开孔双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁受弯承载力计算的强度折减 修正法。     

腹板开孔复杂卷边槽钢双肢拼合构件轴压性能试验研究

通过12根腹板开孔复杂卷边槽钢和Σ形复杂卷边槽钢双肢拼合工字形简支轴压构件的轴压试验，研究了构件承载能力、失稳模式和拼合作用。采用有限元软件ANSYS对试验进行了模拟，验证了分析模型准确性。并通过有限元变参数分析研究了孔高、孔宽和孔间距对拼合构件承载力的影响。结果表明：复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件的腹板多波失稳现象明显，屈曲发生时两腹板间的相互支撑作用较强；Σ形复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件能有效地控制腹板局部屈曲的发生并显著提高短柱、中长柱的承载力；设置腹板加劲肋有助于提高孔洞周围板件变形的约束作用，同时也减弱了两单肢腹板间的相互支撑作用；相同条件下，Σ形复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件的轴压承载效率与复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件相比，短柱提高了32%，中长柱提高了10%，长柱提高了2%；非加劲截面构件在不同长度下，孔高为腹板高度1/2(69 mm)时构件的稳定承载力较孔高为25 mm时下降约7%；而孔宽、孔间距对上述两类截面构件稳定承载力影响不大；此外，采用直接强度法预测非加劲截面双肢拼合构件的承载力结果偏于保守，而对加劲截面双肢拼合构件则略显不安全。     

中国与土耳其抗震规范钢结构构造措施对比分析

对比中国与土耳其抗震设计规范钢结构的适用范围、钢材强度等级限值和冲击韧性要求,中抗规对钢结构细化区别规定,土抗规钢结构适用面广;中抗规要求的钢材强度等级低于于土抗规,中抗规对钢材冲击韧性的要求高于土抗规.介绍中、土抗规钢板材宽厚比限值,以工字形截面钢框架梁为例,对比分析两抗规差别,得到梁轴压比较小时,两抗规翼缘宽度、腹...     

腹板加劲H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能试验研究

针对腹板宽厚比较大的H形截面钢框架梁塑性耗能区延性较差的问题,提出在其腹板设置纵向加劲肋以改善抗震性能的方法,并进行试验验证。通过4个梁腹板设置纵向加劲肋和1个未设置纵向加劲肋的梁柱刚接节点试件的反复加载试验,对框架梁端塑性耗能区腹板设置纵向加劲肋前后的抗震性能进行对比研究。试验以梁腹板采用弹性设计截面的试件为基准,考察在腹板设置一道、两道纵向加劲肋后塑性耗能区抗震性能的改善程度;并与塑性设计截面腹板梁的试件、部分塑化截面腹板设一道纵向加劲肋的试件进行抗震性能的比对。试验结果表明：设置纵向加劲肋可显著提高H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能;梁端塑性耗能区翼缘宽厚比满足塑性设计截面的要求,腹板采用弹性设计截面的宽厚比,当设置一道或两道纵向加劲肋时,可达到不低于塑性设计截面或GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》二级抗震框架梁端耗能区的抗震性能要求;弹性设计截面腹板纵向加劲肋分隔的区格板件宽厚比与实腹梁腹板宽厚比相当时,抗震性能基本等价。     

Optimum design of cold-formed steel columns by using micro genetic algorithms

Cold-formed steel members such as beams and columns have the great flexibility of cross-sectional profiles and sizes available to structural steel designers. However, this flexibility makes the selection of the most economical section difficult for a particular situation. In this study, micro genetic algorithm (MGA) is used to find an optimum cross section of cold-formed steel channel and lipped channel columns under axial compression. Flexural, torsional and torsional–flexural buckling of columns and flat-width-to-thickness ratio of web, flange and lip are considered as constraints. The design curves are generated for optimum values of the thickness, the web flat-depth-to-thickness ratio, the flange flat-width-to-thickness ratio for columns. As numerical results, the optimum design curves are presented for various load level and column lengths.     

Plastic coupled instabilities of I-shaped steel beams

The paper presents the case of plastic instability of I-shaped beams where the rotation capacity is a very important characteristic in order to assure the required ductility in plastic or seismic design. The failure of such beams can be due to the local plastic plate buckling of compression flange and local plate buckling of the web in flexural compression, produced in-plane or out-of-plane. In the same time the failure can occurs by coupling of these two local buckling modes. In order to study the plastic buckling of beams and to determine the available rotation capacity which is required by the plastic or seismic design, the collapse plastic mechanism theory was developed and a specialized computer program DUCTROT-M was elaborated. The parametrical analysis reveals the paramount importance of the web to thickness ratio and furthermore the sensitivity in out-of-plane buckling of the European hot-rolled sections.     

梁截面优化对工程造价的影响分析

通过对槽形梁、I形梁、矩形梁、T形梁、圆形梁、圆环梁和花篮梁七种梁截面进行对比分析,研究固定截面尺寸比例下不同截面的受力情况和对造价的影响。对圆环梁、T形梁和花篮梁,计算了它们在不同的截面尺寸比例下的抗弯截面系数,得出了截面承载性能随截面尺寸比例的变化规律,从而对梁截面的造价做了进一步的优化。     

Ultimate flexural strengths of plate girders subjected to web local buckling

The ultimate flexural strengths of bisymmetric and monosymmetric I-girders subjected to local bend-buckling in webs have been investigated by nonlinear finite element analysis incorporating post-buckling behaviors. The plate girders fabricated with high performance steel (HPS) and conventional steel were modeled three-dimensionally with thin shell elements and ultimate strength analyses were conducted utilizing versatile nonlinear techniques provided by a commercial finite element analysis (FEA) package program, ABAQUS. The constitutive relationship for both HPS and conventional steel was assumed to be elasto-plastic strain-hardening, and the initial imperfections were considered in the web panels and the residual stresses were imposed on the hypothetical built-up sections. The ultimate flexural strengths of girders with various slenderness of web were evaluated from the nonlinear FEA and compared with values predicted by the specifications in AASHTO LRFD and Eurocode 3. It has been found that the current flexural strength formulas for conventional steel girders from AASHTO LRFD and Eurocode 3 can be extended to application for HPS girders without modification.     

集中荷载作用下预应力钢骨超高强混凝土梁受剪性能试验研究

为研究预应力钢骨超高强混凝土梁的受剪性能,对14个预应力钢骨超高强混凝土梁试件与7个预应力超高强混凝土梁试件进行受剪性能试验,研究剪跨比、预应力度、箍筋间距和腹板厚度等因素对预应力钢骨超高强混凝土梁受剪性能的影响。结果表明：加入钢骨后,梁试件的受剪承载力及剪切延性均有提高,并且钢骨对斜截面开裂后刚度的影响更为显著;增大腹板厚度可以提高组合梁试件的斜截面开裂荷载、受剪承载力和剪切延性,而增大箍筋间距会降低组合梁试件的受剪承载力和剪切延性。剪跨比越小,组合梁试件的斜截面开裂荷载和受剪承载力越大,剪切延性越差,预应力度对组合梁试件的斜截面开裂荷载和剪切延性均有影响,但当预力度小于0.34时,预应力度对剪切延性几乎无作用。提出预应力钢骨超高强混凝土梁的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用中参考。